干旱-遮荫复合胁迫对大豆生长及代谢途径的影响

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干旱、遮荫等逆境威胁作物正常发育。玉米-大豆间套作系统中,由于高位作物玉米的遮荫和玉米-大豆行的水分亏缺,大豆同时遭受光照和水分的限制。目前,已有很多对单一环境胁迫的研究,但关于复合胁迫的研究尚不深入。本研究旨在探讨遮荫和干旱复合胁迫对大豆生理特性、抗氧化系统、激素浓度和代谢群体的影响。试验以WW+NL(充足灌溉+正常光照)为对照,设置5个处理,分别命名为:M+NL(中度干旱+正常光照)、S+NL(重度干旱+正常光照)、WW+S(充足灌溉+遮荫)、M+S(中度干旱+遮荫)和S+S(重度干旱+遮荫)。主要研究结果如下:与单一水分亏缺相比,遮荫和复合胁迫下的大豆植株株高均有不同程度的增加;单株叶面积随水分亏缺程度的增加而逐渐减小。而重度干旱+遮荫处理大豆的比叶面积最大。与C103相比,ND12具有较高的生物量、单株叶面积和比叶面积,但株高较低。与单一水分亏缺相比,复合胁迫提高了ND12和C103的光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率;复合胁迫下的气孔开度高于单一胁迫下的气孔开度。由于超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶含量的提高,与C103相比,ND12中MDA含量的降低,对氧化损伤有更好的保护作用。在M+S和S+S下,SOD、POD和CAT含量均呈上升趋势,而在M+NL和S+NL下则呈下降趋势。MDA含量以S+NL最高,其次为M+N L、S+S、M+S和WW+S。对植物激素浓度的分析表明,两个大豆品种的叶片脱落酸含量均在S+NL下达到最大。然而,在M+S和S+S处理下,大豆叶片脱落酸含量显著降低。此外,单一荫蔽和水分胁迫下,大豆叶片中茉莉酸含量降低;而复合胁迫下,ND12中的茉莉酸含量高于C103。在WW+S条件下,ND12和C103中吲哚-3-乙酸含量最高,分别为9.86μg g-1 FW和14.11μg g-1 FW。此外,氨基酸积累量与植物对复合胁迫的抗性有关,在复合胁迫下,天冬酰胺、谷氨酰胺和组氨酸水平的增加促进了气孔开放。对不同处理大豆根表型的研究表明,与单一胁迫相比,水分亏缺+荫蔽复合胁迫导致了不同的根长、根径和根体积的产生。M+S和S+S的根系形态表现优于M+NL和S+NL,且ND12的根系形态优于C103。叶片的代谢组学分析表明,干旱-荫蔽复合胁迫下,脱落酸生物合成量的变化可能导致叶片形态生理的改善,从而避免清除活性氧。然而,与其他处理相比,在中度水分亏缺+遮荫处理下,脱落酸生物合成量最高。油菜素甾体类化合物的生物合成在两个大豆品种的根系中都有显著变化,这可能是两个品种根系抗水分和遮荫胁迫的重要途径。根系的代谢组学分析表明,与C103相比,复合胁迫加速了ND12油菜素甾体的生物合成。因此,与单一胁迫相比,复合胁迫可以通过增强植物的防御系统来降低不利于植物代谢的环境胁迫。
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